LED opnår en virkningsgrad over 200 pct. ved at omdanne varme til lys

LED opnår en virkningsgrad over 200 pct. ved at omdanne varme til lys

Moderne halvledermaterialer er mest kendt for deres varmeproblemer, men de kan også virke som små kølemaskiner, viser nyt amerikansk eksperiment.

Forskere fra Massachusetts Institute of Technology har lavet en LED, der har en effektivitet på mere end 200 pct. ved at omdanne varme til lys.

»Det er et historisk vigtigt gennembrud, der kan føre til teknologisk interessante applikationer,« siger en ekspert på området, Jukka Tulkki fra Aalto-universitetet i Finland, til Physicsworld.

Han peger bl.a. på, at lysdioden ved at omdanne varme til lys kan afkøle omgivelserne - om end det foreløbig kun er muligt i meget lille omfang.

Parthiban Santhanam fra MIT har opnået en effektivitet på over 200 pct. for lysdioder.

En af forskerne bag lysdioden, Parthiban Santhanam, mener dog selv, at en højeffektiv lysdiode vil være mere interessant som lyskilde inden for f.eks. spektroskopi eller kommunikation.

Et hovedproblem er dog, at lyskilden er meget svag. Forskerne opnåede den høje virkningsgrad ved en input-effekt på 30 picowatt og en output-effekt på 70 picowatt.

Læs også: Højere effektivitet er svaret på LED'ens varmeproblem

Lysdioder virker ved, at elektroner og huller (steder i halvlederkrystallen, hvor der mangler elektroner) 'rekombinerer' ved, at en fri elektron indtager en ledig plads i halvledermaterialer (hullet).

Samtidig udsendes en foton, der fører den overskudsenergi væk, der herved udløses. Energiens størrelse og derved bølgelængden af det lys, som udsendes, er bestemt af energigabet i halvledermaterialet.

Der skal en spændingsforskel over lysdioden til for at sætte elektroner og huller i bevægelse, så de kan rekombinere.

I normale lysdioder er det langtfra alle elektron-hul-rekombinationer, der giver anledning til udsendelse af lys. Effektiviteten er langt under 100 pct.

Mange elektron-hul-rekombinationer giver i stedet anledning til opvarmning af lysdioden, som kan opfanges af halvledermaterialet i form af vibrationer eller fononer.

Den tjekkiske forsker og halvlederpioner Jan Tauc viste dog allerede i 1957, at der findes en mekanisme, der kan trække varme ud af et halvledermateriale, så det vil afkøles, samtidig med at det udsender lys.

Ingen har dog opnået denne effekt før nu.

Læs også: LED haler ind på OLED's lave energiforbrug

MIT-forskerne udvalgte sig en lysdiode med et lille båndgab, som de opvarmede til 135 grader og påtrykte en spænding på kun 70 mikrovolt, så den virkede som en normal modstand.

Under disse betingelser er det kun 1 promille af elektronerne, der bevæger sig gennem lysdiode, som giver anledning til udsendelse af fotoner.

Alligevel kunne forskerne måle et lys-output på 70 picowatt for et elektrisk input på 30 picowatt, ved at varme blev omsat til lys.

Forskerne brugte en meget lav spænding og strømstyrke gennem lysdioden, da den elektriske effekt er proportional med kvadratet på strømstyrken, og den optiske effekt er proportional med strømstyrken.

Derfor vil en halvering af spændingen resultere i en fordobling af effektiviteten.

Dokumentation

MIT-forskernes artikel i Physical Review Letters
Jan Taucs artikel fra 1957:
Artikel fra physicsworld.com

Kommentarer (60)

Så skal man bare fremstillen "solcelle", der passer til og kan høste mere end 50% af det generede lys som strøm, så kører bussen: Vi høster mere energi end vi investerer.

  • 1
  • 1

Kun et fjols prøver at omgå termodynamikkens hovedsætninger.

Hele systemet (varme, el, lys) bryder naturligvis ikke termodynamikkens love. Det undrer mig, at læsere på ing.dk ikke kan eller vil forstå det.

  • 1
  • 2